Ripristini strutturali mediante post-tensione aggiuntiva: il caso di un viadotto sul Po

Da tempo la post-tensione esterna viene impiegata a ponti realizzati in passato con la tecnica della pre o post tensione

Considerata la grande quantità di ponti ormai datati, presenti sul territorio italiano, ci si trova sempre più spesso ad affrontare il progetto di ripristini/rinforzi di ponti e viadotti esistenti. La post-tensione esterna aggiuntiva viene impiegata ormai da tempo a ponti esistenti realizzati in passato con la tecnica della pre-tensione o post-tensione.

Inoltre, questa metodologia può essere applicata anche a travi non precompresse, in calcestruzzo ordinario, sia di ponti che di strutture in genere. In alcuni casi l’applicazione può esser anche estesa a strutture in acciaio.
Uno dei più importanti aspetti dei sistemi di post- tensione esterna applicati a strutture esistenti è la durabilità nel tempo, che deve essere raggiunta con un’attenta progettazione dei dettagli ed una corretta installazione; elementi fondamentali al fine dell’impiego di questo sistema efficace, funzionale e durevole.

Aspetti tecnici e progettuali

Concetti di base ed obbiettivi perseguibili

L’aggiunta di cavi di post-tensione esterna ad una struttura può essere adottata al fine di perseguire uno o più dei seguenti obbiettivi:

• recupero della precompressione originaria persa nel tempo a causa delle perdite di carico differite (rilassamento dell’acciaio, viscosità e ritiro del calcestruzzo);
• aumento della capacità portante dell’elemento strutturale introducendo cavi con adeguati profili per la ”ridistribuzione” degli sforzi. Le forze di precompressione vanno a controbilanciare le forze indotte dai carichi agenti;
• aumento dello sforzo assiale nell’elemento strutturale per la riduzione della fessurazione creatasi nel tempo, con conseguente aumento della durabilità;
• riduzione delle deformate degli elementi strutturali dovute a effetti viscosi, perdita di precompressione o ad aumento dei carichi agenti.

I cavi esterni vengono solitamente deviati, rispetto al baricentro geometrico della sezione resistente, al fine di controbilanciare i carichi permanenti e i carichi variabili. Il migliore risultato si ha quando il cavo assume un andamento parabolico, ossia la distribuzione del momento flettente dovuto al carico uniformemente distribuito.
Solitamente le travi di ponti esistenti presentano degli irrigidimenti trasversali che possono essere variabili in numero lungo la luce. Queste zone si prestano per l’installazione dei sistemi di deviazione del cavo (realizzati tramite carpenterie metalliche o ringrossi in calcestruzzo).

I conseguenti andamenti dei cavi sono quindi generalmente delle spezzate e non delle vere e proprie parabole. Tale geometria garantisce l’applicazione di carichi di precompressione, minimizzando i costi e i pesi delle carpenterie di deviazione aggiuntive.

Per quanto riguarda le forze di tesatura massime consentite, nonostante la norma consenta di raggiungere circa l’80% della resistenza ultima caratteristica del cavo (Fpk), nella pratica si tende ad applicare tensioni inferiori, in modo da tenere conto anche degli effetti di variabilità tensionale indotti dai carichi variabili. Il massimo carico di tesatura può quindi essere portato precauzionalmente a 60% di Fpk. Nel caso in cui, in fase progettuale si preveda anche una possibile ritesatura dei cavi (attraverso gli accorgimenti descritti ai paragrafi successivi) durante la vita dell’opera, tale limite può essere ridotto ulteriormente.

Vantaggi e svantaggi della precompressione esterna

I vantaggi di questa tecnologia applicata al rinforzo strutturale sono:

• interventi strutturali minimi sulle strutture esistenti;
• tecnologia impiegabile per aumentare la resistenza a flessione e/o taglio dell’elemento strutturale;
• facilità di installazione e utilizzo di pochi macchinari e attrezzature da cantiere. Le operazioni spesso non richiedono la chiusura dell’opera;
• minimo incremento dei pesi permanenti;
• l’applicazione della post-tensione esterna è un sistema di tipo “attivo”, al contrario di altri tipi di rinforzi strutturali (fibre, ringrossi, resine, ecc.). Gli effetti benefici della precompressione sono riscontrabili direttamente nella fase di installazione ed è attiva per qualsiasi combinazione di carico;
• sistemi tecnologicamente avanzati che, se ben progettati e installati, portano ad elevate vite utili;
• possibilità di prevedere sistemi monitorabili (attraverso l’installazione di celle di carico) e/o ritesabili;
• la protezione dei cavi di postensione esterna, a differenza delle armature interne, non risente della fessurazione del calcestruzzo poichè la loro protezione non è affidata al ricoprimento di calcestruzzo, ma a rivestimenti e guaine specifiche;
• metodologia di intervento più economico rispetto ad altri tipi di rinforzo.
  Gli svantaggi sono invece:
• applicazione di forze puntuali di elevatà entità, con conseguente nascita di sforzi di trazione dovuti alla diffusione dei carichi;
• nel caso di strutture già precompresse, è necessaria una stima del livello di sforzo pre-esistente, opera- zione non sempre facile;
• l’introduzione di ulteriore precompressione potrebbe diminuire la duttilità dell’elemento strutturale.

Indagini preliminari

Come per tutti gli interventi di rinforzo, prima della fase di progettazione è necessaria una fase preliminare di indagine al fine di risalire alle esatte geometrie dell’opera ed alle caratteristiche meccaniche dei materiali strutturali.

Le proprietà meccaniche dei materiali (calcestruzzo, acciaio ordinario ed acciaio da precompressione) devono essere valutate attentamente, anche attraverso saggi e prove distruttive e non (prove sclerometriche in sito, son-reb, prelievi di materiali e prove in laboratorio, ecc.).

Le geometrie e la disposizione dei cavi/barre esistenti devono essere rilevate accuratamente mediante metodi indiretti ed attraverso l’analisi dei documenti progettuali originali. Nella prassi comune, il tracciato dei cavi si rileva mediante georadar, o mediante raggi x, questa seconda opzione tuttavia risulta di scarsa applicazione, per costi e tecnica di applicazione.

Per la progettazione degli interventi è di fondamentale importanza determinare la tensione residua nei cavi di precompressione: la sua stima risulta non sempre di facile esecuzione. Nel caso risulti complicato valutarla attraverso il progetto originale, o nel caso in cui questo non sia presente, è necessario effettuare delle prove di rilascio tensionale sul calcestruzzo.

Queste prove permettono, mediante l’asportazione in opportune zone di tasselli o prismi di calcestruzzo, di determinarne indirettamente lo stato tensionale residuo, misurando tramite estensimetri la deformazione rilasciata e stimando l’effettivo modulo elastico del calcestruzzo.
I valori di precompressione così determinati possono essere confrontati inoltre con prove di detensionamento dei fili che costituiscono il cavo.

Questa seconda tipologia di prove, distruttiva mediante taglio del filo strumentato, permette di determinare indirettamente la tensione residua sul singolo filo. Inoltre, oltre a valutare il livello di precompressione presente, è essenziale anche valutare lo stato di degrado delle armature da precompressione, mediante video endoscopie e scarifiche superficiali delle guaine. Tuttavia non sempre è possibile raggiungere ed indagare tutti i cavi presenti nelle travi. Rimane di fondamentale importanza avere la disponibilità del progetto storico originale, e della relazione di calcolo e collaudo.

In merito al livello di conoscenza dell’opera, si segnala che anche la normativa chiede di raggiungere il massimo livello LC3, salvo deroga in casi eccezionali in cui è permesso raggiungere LC2.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE